40. Структурные элементы базы данных.

В описании объекта данных нужно выделить 2 составляющие: структуру и экземпляр.

Структура – перечень атрибутов объекта и характеристики атрибутов.

Экземпляр – совокупность значений атрибутов.

Структура изменяется крайне редко. Экземпляр подвержен изменениям.

При хранении в ЭВМ базе данных соответствует группа файлов и папок, набору объектов соответствует файл. Каждому объекту соответствует запись в файле. Каждому атрибуту соответствует поле записи.

Для описания атрибута используются следующие характеристики:

1. имя, например, nContract, cStudent;

2. тип, например, символьный, числовой;

3. длина, например, 15 байт;

4. точность, для числовых данных.

5. описание, комментарий;

6. формат изображения на экране и бумаге;

7. подсказка;

8. формат ввода;

9. начальное значение;

10. диапазон значений.

Ключ – это средство упорядочивания объектов в наборе. Ключ содержит ключевое выражение, составляемое из атрибутов объектов. По возрастанию значения ключевого выражения объекты предъявляются для просмотра и обработки.

Для одного набора можно задать несколько ключей. Например, для набора Работники можно задать ключ по алфавиту фамилий, работники будут предъявляться по алфавиту.

Ключ называется первичным, если по одному значению его выражения из набора выделяется 0 или 1 объект. Например, для набора работников ключ «По табельному номеру» первичный, так как по одному значению табельного номера выделяется или ни одного, или только один работник.

Ключ называется вторичным, если по одному значению его выражения из набора выделяются 0 и более объектов. Например, ключ для набора работников ключ «По алфавиту фамилий» вторичен, так как среди работников могут быть однофамильцы.

По аксиоме отличия у каждого набора существует первичный ключ. В крайнем случае в его выражение включает все атрибуты объекта в наборе.

Хорошей практикой служит введение для объекта данных искусственного атрибута «Порядковый № в наборе», который автоматически присваивается и уникален. Ключ по такому атрибуту называется суррогатным.

Заметим, что понятия первичного и вторичного ключа не зависят от количества и значений объектов в наборе. Первичные и вторичные ключи бывают для пустых наборов.

41. Состав и виды моделей данных.

Модель данных – это совокупность трех групп логических правил:

1. описание структуры данных,

2. правила целостности и непротиворечивости данных,

3. операции манипулирования с данными.

Существует три вида моделей данных: иерархическая, сетевая, реляционная.

Иерархическая и сетевая модели данных

В иерархической модели база данных представляется в виде иерархически упорядоченных структур – деревьев (диаграммы Бахмана).

Каждая вершина дерева означает объект данных, каждая дуга означает связь между объектами. Все вершины графа – дерева распределены по уровням. Каждая вершина низшего уровня связана только с одной вершиной из верхнего уровня. Связей внутри уровня и через уровень не существует. На самом верхнем уровне существует только одна вершина - корень дерева.

корень

2-й уровень

Пример, описание ННГУ в иерархической модели выглядит так 2 уровень.

Корень дерева Вуз

Уровень 1. Университет вершины

Уровень 2. Финансовый ф-т Мехмат

связи

Уровень 3. Группа 1311

Уровень 4. Иванов И.И.

Рис. 4.3. Иерархическая модель

Ниже перечислены преимущества иерархической модели.

• Простота модели. Иерархия базы данных напоминает структуру компании или генеалогическое дерево.

• Использование отношений предок/потомок. СУБД позволяет легко представлять отношения подчиненности, например: «А является частью В» или «А владеет В».

• Быстродействие. В СУБД отношения предок/потомок реализованы в виде физических указателей из одной записи на другую, вследствие чего перемещение по базе данных происходило быстро.

Групповое отношение - иерархическое отношение между записями двух типов. Родительская запись называется исходной записью, а дочерние записи – подчиненными.

Для групповых отношений в иерархической модели обеспечивается автоматический режим включения и фиксированное членство. Это означает, что для запоминания любой некорневой записи в БД должна существовать ее родительская запись. При удалении родительской записи автоматически удаляются все подчиненные.

Недостатки иерархических БД:

• Каждый объект данных может участвовать только в одной иерархии объектов. Поэтому, если объект должен присутствовать в нескольких иерархиях, то его приходится дублировать.

Например, данные о сотруднике должны участвовать в иерархии подчиненности отделам и в подчиненности контрактам в качестве исполнителей (такие записи называют парными). В иерархической модели не предусмотрена поддержка соответствия между парными записями.

• . Иерархическая модель реализует отношение между исходной и дочерней записью по схеме l:N, то есть одной родительской записи может соответствовать любое число дочерних. Допустим теперь, что исполнитель может принимать участие более чем в одном контракте (т.е. возникает связь типа M:N). В этом случае в базу данных необходимо ввести еще одно групповое отношение, в котором Исполнитель будет являться исходной записью, а контракт – дочерней. Таким образом, мы опять вынуждены дублировать информацию.

• Изменение структуры данных требует перестройки всей системы указателей на записи.

Чтобы получить доступ к данным, содержащимся в базе данных, СУБД может:

• найти конкретный объект (Финансовый факультет) по его номеру;

• перейти «вниз» к первому потомку (Группа 13101);

• перейти «вверх» к предку (Университет);

• перейти «в сторону» к другому потомку (Мехмат).

Таким образом, для чтения данных из иерархической базы данных требуется перемещаться по записям, за один раз переходя на одну запись вверх, вниз или в сторону.

Поддерживается только целостность связей между владельцами и членами группового отношения (никакой потомок не может существовать без предка).

Типичным представителем иерархической модели является СУБД Information Management System (IМS) фирмы IBM. Первая версия появилась в 1968 г.

В сетевой модели БД изображается в виде графа произвольной структуры (рис 11.4.).

А В

С

Д

Е

Рис. 11.4.

Основные различия двух моделей состоят в том, что в сетевой модели запись может быть членом более чем одного группового отношения.

Согласно сетевой модели каждое групповое отношение именуется и проводится различие между его типом и экземпляром. Тип группового отношения задается его именем и определяет свойства, общие для всех экземпляров данного типа. Экземпляр группового отношения представляется записью-владельцем и множеством (возможно пустым) подчиненных записей. При этом имеется следующее ограничение: экземпляр записи не может быть членом двух экземпляров групповых отношений одного типа (т.е. сотрудник, например, не может работать в двух отделах).

Каждый экземпляр группового отношения характеризуется следующими признаками:

1. способ упорядочения подчиненных записей:

   • произвольный,

   • хронологический /очередь/,

   • обратный хронологический /стек/,

   • сортированный.

Если запись объявлена подчиненной в нескольких групповых отношениях, то в каждом из них может быть назначен свой способ упорядочивания.